JP2013092152A - Combustion enhancement system and method - Google Patents
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Abstract
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2000年6月8日に提出された、出願日が先である米国仮出願第60/210243号の利点を含んでおり、参照することでその全体が本願の一部を構成する。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application includes the advantages of US Provisional Application No. 60/210243, filed June 8, 2000, which is earlier, and is hereby incorporated by reference in its entirety. Part of it.
水素が完全な燃焼を促進するので、燃料に水素を加えると機関がよりきれいに運転されると言われている。このことは、例えばHeywood, J.B.の「内燃機関の基礎(Internal Combustion Engine Fundamentals)」(McGraw Hill, 773-774, 1988)、Das,L.M.の「水素エンジン;過去と将来の展望(Hydrogen engines: a view of the past and a look into the future)」(Int. J. Hydrogen Energy, vol. 15, P.425, 1990)、DeLuchi, M.A.の「水素;燃料保管、性能、環境影響に対する安全性、およびコストの評価(Hydrogen; and evaluation of fuel storage, performance, safety environmental impacts, and cost)」(Int. J. Hydrogen Energy, vol.14, p.81, 1989)に記載されている。これら例における問題は、コンパクトな装置において搭載状態で如何にして効果的に水素を発生させるかを明確に教示していないことにある。高圧の容器、または水素が圧縮気体、液体として貯蔵されている場合には低温の容器、また水素が水素化物として貯蔵されている場合には大きな容器が必要となるため車載状態で水素を貯蔵する別の手法は実用化されていない。 Since hydrogen promotes complete combustion, adding hydrogen to the fuel is said to run the engine cleaner. This is the case with Heywood, JB's “Internal Combustion Engine Fundamentals” (McGraw Hill, 773-774, 1988), Das, LM's “Hydrogen Engines; view of the past and a look into the future ”(Int. J. Hydrogen Energy, vol. 15, P.425, 1990), DeLuchi, MA,“ Hydrogen; fuel storage, performance, safety against environmental impacts, and “Hydrogen; and evaluation of fuel storage, performance, safety environmental impacts, and cost” ”(Int. J. Hydrogen Energy, vol. 14, p. 81, 1989). The problem with these examples is that they do not clearly teach how to effectively generate hydrogen in a compact device. Store hydrogen in-vehicle because high pressure containers, or low temperature containers when hydrogen is stored as compressed gas or liquid, and large containers when hydrogen is stored as hydride Another method has not been put into practical use.
水素を車載状態で生成するための幾つかの手法が採用されている。これら手法の一つでは、Munday, J.F.の(燃料機関を形成する水素・酸素システム「Hydrogen and Oxygen System for Producing Fuel Engines)」という題名の米国特許第5143025号に記載されているように、水の電気分解を用いており、すなわち水分子を水素と酸素とに分解し水素を内燃機関内に導入している。しかしながら、電気分解による水素の生成量はプラズマ装置よりも一桁少ない。炭素電極に電流を流すことによって固形炭素と水との相互作用によって搭載状態で水素が生成される。このことはDammann, W.A.の「燃料として使用するために自ら気体を生成する方法および手段(Methods and Means of Generating Gas from Water for use as a Fuel)」という題名の米国特許第5159900号に記載されており、ここでは炭素を酸化してCOおよびH2を生成している。この手法は、短い期間に大きな電流が必要とされるため実用化されていない。あるいは、Greiner, L.およびMoard, D.M.の「内燃機関用のエミッション低減システム(Emissions Reduction System for Internal Combustion Engines)」という題名の米国特許5207185号では、バーナーを使用して、炭化水素燃料の他の一部を改良するのに炭化水素燃料の一部を用いて水素を生成している。そして、水素は内燃機関に導入するために炭化水素燃料と混合される。より実用的な手法がBreshears等によってもたらされている(Breshears, R.、Cotrill, H.およびRupe, T.の「内燃機関への部分水素噴射(Partial Hydrogen Injection into Internal Combustion Engines)」(Proc.EPS 1st Symp. On Low Plooution Power Systems Development, Ann Arbor, MI, 1973)参照)。彼らは、ガソリンの一部を流路から機関へと向け且つそれを高度水素含有気体を生成するように蒸気が改良する熱交換器に通すことを提案している。 Several techniques for generating hydrogen in the vehicle are used. One of these approaches is that of Munday, JF (as described in US Pat. No. 5,143,025 entitled “Hydrogen and Oxygen System for Producing Fuel Engines”). Electrolysis is used, that is, water molecules are decomposed into hydrogen and oxygen and hydrogen is introduced into the internal combustion engine. However, the amount of hydrogen generated by electrolysis is an order of magnitude less than that of the plasma apparatus. By supplying an electric current to the carbon electrode, hydrogen is generated in the mounted state by the interaction between the solid carbon and water. This is described in US Pat. No. 5,159,900 entitled “Methods and Means of Generating Gas from Water for use as a Fuel” by Dammann, WA. Here, carbon is oxidized to produce CO and H 2 . This method is not put into practical use because a large current is required in a short period. Alternatively, US Pat. No. 5,207,185 entitled “Emissions Reduction System for Internal Combustion Engines” by Greiner, L. and Moard, DM uses burners to provide other hydrocarbon fuels. To improve some, hydrogen is generated using part of the hydrocarbon fuel. The hydrogen is then mixed with the hydrocarbon fuel for introduction into the internal combustion engine. A more practical approach comes from Breshears et al. (Breshears, R., Cotrill, H. and Rupe, T. “Partial Hydrogen Injection into Internal Combustion Engines” (Proc .EPS 1 st Symp. On Low Plooution Power Systems Development, Ann Arbor, MI, 1973)). They suggest directing a portion of the gasoline from the flow path to the engine and passing it through a heat exchanger where the steam is modified to produce a highly hydrogen-containing gas.
内燃機関の燃料濃度を高くするための車載状態で水素を生成する手法が開発されている。この手法は、後述する文章に記載されているように、触媒を用いることなく炭化水素燃料の高度水素含有気体への変換を容易にするために、比較的小さいプラズマトロン(ワインボトルサイズである)を用いる。上記文章とは、Rabinovich, A.、Cohn, D.R.、およびBromberg, L.の「車両による汚染低減のためのプラズマトロン式内燃機関システム(Plasmatron Internal Combustion Engine System for Vehicle Pollution Reduction)」(Int. J. Vehicle Design, vol.15, P.234, 1995)、Cohn, D.R.、Rabinovich, A.、およびTitus, C.H.の「内燃機関を備えた超低公害車用の車載式プラズマトロン型水素生成装置(Onboard Plasmatron Operation Generation of Hydrogen for Extremely Low Emission Vehicles with Internal Combustion Engine)」(Int. J. Vehicle Design, Vol.17, p.550, 1996)、Cohn, D.R.、Rabinovich, A.、Titus, C.H.およびBromberg, L.の「車載プラズマトロンによる水素生成を用いた超低公害車用の短期的な可能性(Near Term Possibilities for Extremely Low Emission Vehicles using On-Board Plasmatron Generation of Hydrogen)」(Int. J. Hydrogen Energy, vol.22, p.715, 1997)、Cohn, D.R.、Rabinovich, A.、およびTitus, C.H.の「高応答性のプラズマ式燃料変換システム(Rapid Response Plasma Fuel Converter Systems)」(米国特許第5887554号)である。内燃機関は高度水素含有気体をプラズマトロンから受け取るように連結される。プラズマトロンは、アーク放電によって、高周波誘導放電によってまたはマイクロ波放電によって、電気伝導気体を加熱することによりプラズマを発生するものである。プラズマトロンのプラズマでは、5000K〜10000Kの温度で、炭化水素および空気を高度水素含有気体へ部分酸化する反応速度が高くなる。Bromberg, L.、Cohn, D.、Rabinovich, A、.Sama, J.、Viroler, J.の「車両用のコンパクトなプラズマトロンを用いた水素発生技術(Compact plasmatron-boosted hydrogen generation technology for vehicular application)」(Inter. Journal of Hydrogen Energy, vol.24, pp.341-350, 1990)において説明された過程は以下に示す通りである。
2CnHm+nO2+4nN2→2nCO+mH2+4nN2 (1)
ここで、mおよびnはそれぞれ炭化水素分子中の炭素原子および水素原子の数である。
A technique for generating hydrogen in an on-vehicle state for increasing the fuel concentration of an internal combustion engine has been developed. This technique, as described in the text below, is a relatively small plasmatron (wine bottle size) to facilitate the conversion of hydrocarbon fuels to highly hydrogen-containing gases without the use of a catalyst. Is used. Rabinovich, A., Cohn, DR and Bromberg, L., “Plasmatron Internal Combustion Engine System for Vehicle Pollution Reduction” (Int. J Vehicle Design, vol.15, P.234, 1995), Cohn, DR, Rabinovich, A., and Titus, CH “In-vehicle plasmatron-type hydrogen generators for ultra-low pollution vehicles with internal combustion engines ( Onboard Plasmatron Operation Generation of Hydrogen for Extremely Low Emission Vehicles with Internal Combustion Engine ”(Int. J. Vehicle Design, Vol.17, p.550, 1996), Cohn, DR, Rabinovich, A., Titus, CH and Bromberg , L. “Near Term Possibilities for Extremely Low Emission Vehicles using On-Board Plasmatron Generation of Hydrogen” (Int. J. Hydrogen Energy, vol.22, p.715, 1997), Cohn, DR, Rabinovich, A., and Titus, which is a CH "high responsiveness of the plasma fuel converter system (Rapid Response Plasma Fuel Converter Systems)" (U.S. Pat. No. 5,887,554). The internal combustion engine is coupled to receive a highly hydrogen containing gas from the plasmatron. The plasmatron generates plasma by heating an electrically conductive gas by arc discharge, high frequency induction discharge, or microwave discharge. In the plasmatron plasma, at a temperature of 5000K to 10000K, the reaction rate for partial oxidation of hydrocarbons and air to a highly hydrogen-containing gas increases. “Compact plasmatron-boosted hydrogen generation technology for vehicular application” by Bromberg, L., Cohn, D., Rabinovich, A, .Sama, J., Viroler, J. ) "(Inter. Journal of Hydrogen Energy, vol.24, pp.341-350, 1990), the process is as follows.
2C n H m + nO 2 + 4nN 2 → 2nCO + mH 2 + 4nN 2 (1)
Here, m and n are the number of carbon atoms and hydrogen atoms in the hydrocarbon molecule, respectively.
車両用に高度水素含有気体を生成する多くの方法の一つとしてプラズマトロンは非常に魅力的である。プラズマトロンは、ほぼ瞬間的に高度水素含有気体を生成することができるので、車両の始動において使用することができる。駆動サイクルに亘って、高度水素含有気体の流れにおける迅速な変化はプラズマトロンのパラメータ、例えばエネルギ、入力値、流量、生成気体成分等を変更することによって調整される。プラズマトロンは車両への応用に利点があるが、その大きさにより実用的な利用が断念されている。 Plasmatrons are very attractive as one of many ways to generate highly hydrogen-containing gases for vehicles. Plasmatrons can be used in starting a vehicle because they can produce a highly hydrogen-containing gas almost instantaneously. Over the drive cycle, rapid changes in the flow of highly hydrogen-containing gas are adjusted by changing plasmatron parameters such as energy, input value, flow rate, product gas composition, and the like. Plasmatrons have advantages in vehicle applications, but their practical use has been abandoned due to their size.
本発明は、点火源を介して燃料を搬送するシステムを提供する。本発明のシステムはプラズマ点火装置を用いた点火源を提供する。燃料を点火源に送る装置を有するプラズマ点火装置は、燃料または空気および燃料の(空気/燃料)混合気を分解して装置を有し、これにより燃焼サイクルが改良される。本発明は、燃焼チャンバのチャンバに流入した空気/燃料混合気の物理構造に影響を及ぼすことによって改良を行う。本発明は、燃料チャンバ内の燃料を分解する燃料送りシステムを提供する。本発明は、燃焼するための燃料の品質を改良するように燃料または空気/燃料混合気を分解することができる。燃料の分解は燃料または空気/燃料混合気の水素化が含まれる。本発明は燃料を分解し且つ燃料に点火することができる。本発明のシステムにおける燃料の分解および点火は、単一の点火源によって行われる。単一の点火源は高エネルギ型点火源であり、短期間でプラズマを発生させ且つ移動させることができる。さらに、本発明は、燃焼チャンバに供給される燃料/空気混合気の品質および量を細かく制御することができる燃料送りシステムを提供する。本発明は、燃料、空気/燃料混合気、または可燃性混合気を分解および点火するのに単一の構成要素が用いられる直噴式燃料システムを提供する。さらに、本発明は、機関コンパートメント内における必要な燃料送り空間の小さいシステムを提供する。 The present invention provides a system for conveying fuel via an ignition source. The system of the present invention provides an ignition source using a plasma ignition device. A plasma igniter having a device for delivering fuel to an ignition source has a device for decomposing fuel or air and a fuel (air / fuel) mixture, thereby improving the combustion cycle. The present invention makes improvements by affecting the physical structure of the air / fuel mixture entering the chamber of the combustion chamber. The present invention provides a fuel delivery system for decomposing fuel in a fuel chamber. The present invention can decompose a fuel or air / fuel mixture to improve the quality of the fuel for combustion. Fuel decomposition involves hydrogenation of the fuel or air / fuel mixture. The present invention can decompose the fuel and ignite the fuel. The fuel decomposition and ignition in the system of the present invention is performed by a single ignition source. The single ignition source is a high energy ignition source, which can generate and move plasma in a short period of time. Furthermore, the present invention provides a fuel delivery system that can finely control the quality and quantity of the fuel / air mixture supplied to the combustion chamber. The present invention provides a direct injection fuel system in which a single component is used to decompose and ignite a fuel, air / fuel mixture, or combustible mixture. Furthermore, the present invention provides a system that requires less fuel feed space within the engine compartment.
一つの好適な実施形態では、本発明は燃料送りシステムを提供する。このシステムは、燃焼領域に近接した点火装置を具備する。点火装置は、第二導電表面から離間された第一導電表面を有し、これら表面により燃焼領域に直接通じるギャップが形成される。燃料供給器は燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一部をギャップへ提供する。制御装置は、第一導電表面と第二導電表面との間に少なくとも一つの電気パルスを提供し、これにより放電ギャップを通過する燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一部を分解する。 In one preferred embodiment, the present invention provides a fuel delivery system. The system includes an ignition device proximate to the combustion zone. The igniter has a first conductive surface spaced from the second conductive surface, which forms a gap that leads directly to the combustion region. The fuel supply provides at least a portion of the fuel or air / fuel mixture to the gap. The controller provides at least one electrical pulse between the first conductive surface and the second conductive surface, thereby decomposing at least a portion of the fuel or air / fuel mixture passing through the discharge gap.
別の実施形態では、本発明は燃料送りシステムを提供する。このシステムは、燃焼領域に近接して点火装置を具備する。点火装置はハウジングと、第二導電表面から離間された第一導電表面とを有し、これら表面により放電ギャップが形成される。第二導電表面は第二長さを有する。第一長さと第二長さとのうち短い方は放電ギャップ長さとされる。第一導電表面と第二導電表面との間の最も短い距離は放電ギャップ幅とされる。放電ギャップ長さに対する放電ギャップ幅の比率は3対1よりも大きい。制御装置は、第一導電表面と第二導電表面との間に少なくとも一つの電気パルスを提供する。 In another embodiment, the present invention provides a fuel delivery system. The system includes an ignition device proximate to the combustion region. The ignition device has a housing and a first conductive surface spaced from the second conductive surface, and a discharge gap is formed by these surfaces. The second conductive surface has a second length. The shorter of the first length and the second length is the discharge gap length. The shortest distance between the first conductive surface and the second conductive surface is the discharge gap width. The ratio of the discharge gap width to the discharge gap length is greater than 3: 1. The control device provides at least one electrical pulse between the first conductive surface and the second conductive surface.
本発明の別の実施形態では、燃料送りシステムが設けられる。燃料送りシステムは燃焼領域に近接した点火装置を具備する。点火装置は、第二導電表面から離間された第一導電表面を有し、これら表面により燃焼領域に直接通じる放電ギャップが形成される。放電ギャップは開始領域を有し、絶縁体は開始領域の少なくとも一部を提供する放電ギャップに晒された表面を有する。絶縁体は、放電ギャップに晒された表面の少なくとも一部を有する。燃料供給器は燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一部を放電ギャップに提供する。制御装置はシステムに設けられる。 In another embodiment of the invention, a fuel delivery system is provided. The fuel delivery system includes an ignition device proximate to the combustion zone. The igniter has a first conductive surface spaced from a second conductive surface, which forms a discharge gap that leads directly to the combustion region. The discharge gap has a start region and the insulator has a surface exposed to the discharge gap that provides at least a portion of the start region. The insulator has at least a portion of the surface exposed to the discharge gap. The fuel supply provides at least a portion of the fuel or air / fuel mixture to the discharge gap. A control device is provided in the system.
別の実施形態では、本発明は燃料送りシステムを提供する。システムは燃焼領域に連結された点火装置を具備する。点火装置は、中央長手軸線に沿って配置された第一部分と第二部分とを有するハウジングと、中央軸線に沿って延び且つハウジングの第二部分に近接した第一導電表面を有する電極と、ハウジングの第二部分に近接し且つ第一導電表面から離間されて放電ギャップを形成する第二導電表面と、放電ギャップに燃料または空気/燃料混合気の少なくも一部を提供するための燃料供給器とを有する。システムは、第一導電表面と第二導電表面との間に少なくとも一つの電気パルスを提供する制御装置を有する。 In another embodiment, the present invention provides a fuel delivery system. The system includes an ignition device coupled to the combustion region. An ignition device includes a housing having a first portion and a second portion disposed along a central longitudinal axis, an electrode having a first conductive surface extending along the central axis and proximate to the second portion of the housing, and the housing A second conductive surface proximate to and spaced from the first conductive surface to form a discharge gap, and a fuel supply for providing at least a portion of the fuel or air / fuel mixture to the discharge gap And have. The system has a controller that provides at least one electrical pulse between the first conductive surface and the second conductive surface.
別の実施形態では、点火装置は、第一部分と第二部分とを有するハウジングと、ハウジングの第二部分に近接した第一導電表面と、ハウジングの第二部分に近接し且つ第一導電表面から離間されて放電ギャップを形成する第二導電表面とを具備する。放電ギャップは放電開始領域を有する。流体通路は第一部分と第二部分との間に延び、流体通路は放電ギャップと通じる。絶縁体が放電ギャップに晒される表面を有する。 In another embodiment, an igniter includes a housing having a first portion and a second portion, a first conductive surface proximate to the second portion of the housing, and proximate to the second portion of the housing and from the first conductive surface. A second conductive surface spaced apart to form a discharge gap. The discharge gap has a discharge start region. The fluid passage extends between the first portion and the second portion, and the fluid passage communicates with the discharge gap. The insulator has a surface that is exposed to the discharge gap.
別の実施形態では、点火装置は、第一部分と第二部分とを有するハウジングと、ハウジングの第二部分に近接し且つ第一長さを有する第一導電表面と、第一導電表面から離間されて放電ギャップを形成する第二導電表面とを具備する。第二導電表面は第二長さを有する。第一長さと第二長さのうち短い方は放電ギャップ長さとされる。第一導電表面と第二導電表面との間の最も短い距離は放電ギャップ幅とされ、放電ギャップ長さに対する放電ギャップ幅の比率は約3対約1よりも大きい。第一部分と第二部分との間に流体通路が延びる。流体通路は放電ギャップと通じている。 In another embodiment, an igniter includes a housing having a first portion and a second portion, a first conductive surface proximate to the second portion of the housing and having a first length, and spaced from the first conductive surface. And a second conductive surface forming a discharge gap. The second conductive surface has a second length. The shorter one of the first length and the second length is the discharge gap length. The shortest distance between the first conductive surface and the second conductive surface is the discharge gap width, and the ratio of the discharge gap width to the discharge gap length is greater than about 3 to about 1. A fluid passage extends between the first portion and the second portion. The fluid passage communicates with the discharge gap.
好適な実施形態では、本発明は点火装置を提供する。点火装置は中央軸線に沿って配置された第一部分と第二部分とを有するハウジングを具備する。電極は中央長手軸線に沿って延び、ハウジングの第二部分に近接した第一表面と、ハウジングの第二部分に近接し且つ第一導電表面から離間されて放電ギャップを形成する第二導電表面とを有する。第一部分と第二部分との間で流体通路が延び、流体通路は長手軸線から離間され且つ放電ギャップを通じる。 In a preferred embodiment, the present invention provides an ignition device. The igniter includes a housing having a first portion and a second portion disposed along a central axis. The electrode extends along a central longitudinal axis and has a first surface proximate to the second portion of the housing and a second conductive surface proximate to the second portion of the housing and spaced from the first conductive surface to form a discharge gap. Have A fluid passage extends between the first and second portions, the fluid passage being spaced from the longitudinal axis and through the discharge gap.
別の好適な実施形態では、本発明は燃焼システム用の燃料分解方法を提供する。燃焼システムは、燃焼領域と、燃焼領域と作動上の関係をもって連結された燃料供給器と、第一導電表面と第一導電表面から離間されて放電ギャップを形成する第二導電表面とを有する点火装置とを有する。本方法は、放電ギャップが燃焼領域に直接通じるように点火装置を配置する工程と、放電ギャップによって燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一部を分解する工程とを具備する。 In another preferred embodiment, the present invention provides a fuel cracking method for a combustion system. The combustion system includes an ignition having a combustion region, a fuel supply coupled in operative relationship with the combustion region, and a first conductive surface and a second conductive surface spaced from the first conductive surface to form a discharge gap. Device. The method includes the steps of positioning the igniter so that the discharge gap directly leads to the combustion region, and decomposing at least a portion of the fuel or air / fuel mixture by the discharge gap.
好適な実施形態では、本発明は燃焼システム用の燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一部をイオン化する方法を提供する。燃焼システムは、燃焼領域と、燃焼領域と作動上の関係をもって連結された燃料供給器と、第一導電表面と第一導電表面から離間されて放電ギャップを形成する第二導電表面とを有する点火装置とを有する。本方法は、放電ギャップが燃焼領域と直接通じるように点火装置を配置する工程と、放電ギャップ内の流体をイオン化する工程とを具備する。 In a preferred embodiment, the present invention provides a method for ionizing at least a portion of a fuel or air / fuel mixture for a combustion system. The combustion system includes an ignition having a combustion region, a fuel supply coupled in operative relationship with the combustion region, and a first conductive surface and a second conductive surface spaced from the first conductive surface to form a discharge gap. Device. The method includes the steps of positioning the ignition device such that the discharge gap communicates directly with the combustion region, and ionizing the fluid in the discharge gap.
好適な実施形態では、本発明は、長手軸線に沿って配置された少なくとも一つの中央電極と、少なくとも一つの中央電極と別の電極との間に形成された放電ギャップとを有する装置によって燃焼領域内の燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一つを点火する方法を提供する。放電ギャップは中央電極周りに配置される。本方法は、燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一部を放電ギャップに散布する工程と、燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一部が燃焼され且つ長手軸線に対して径方向外側に向かって発射されるように放電ギャップを横断する少なくとも一つの電気パルスを生成する工程とを具備する。 In a preferred embodiment, the present invention provides a combustion zone by an apparatus having at least one central electrode disposed along a longitudinal axis and a discharge gap formed between at least one central electrode and another electrode. A method for igniting at least one of an internal fuel or an air / fuel mixture is provided. The discharge gap is arranged around the central electrode. The method includes spraying at least a portion of the fuel or air / fuel mixture into the discharge gap, and at least a portion of the fuel or air / fuel mixture is combusted and radially outward relative to the longitudinal axis. Generating at least one electrical pulse across the discharge gap to be fired.
好適な実施形態では、本発明は燃焼システム内に燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一部を点火する方法を提供する。燃焼システムは、燃焼領域と、燃焼領域に作動上の関係をもって連結される燃料供給器と、第一導電表面と第一導電表面から離間された第二導電表面とを有する点火装置とを有する。本方法は、第一電圧および第一電流の電気パルスを第一導電表面および第二導電表面に流す工程を具備し、第一導電表面は第一長さを有し、第二導電表面は第二長さを有し、第一長さと第二長さとの短い方は放電ギャップ長さを定義し、第一導電表面と第二導電表面と間の最も短い距離は放電ギャップ幅を定義し、放電ギャップ長さに対する放電ギャップ幅の比率は3対1よりも大きい。また、本方法は、第一電圧と同じまたはそれよりも小さい電圧で且つ第一電流と同一またはそれよりも大きい第二電流で第二電流パルスを放電ギャップ間に流す。 In a preferred embodiment, the present invention provides a method for igniting at least a portion of a fuel or air / fuel mixture in a combustion system. The combustion system includes a combustion region, a fuel supplier that is operatively connected to the combustion region, and an igniter that has a first conductive surface and a second conductive surface spaced from the first conductive surface. The method includes flowing electrical pulses of a first voltage and a first current through a first conductive surface and a second conductive surface, the first conductive surface having a first length, and the second conductive surface being a first conductive surface. The shorter of the first length and the second length defines the discharge gap length, the shortest distance between the first conductive surface and the second conductive surface defines the discharge gap width, The ratio of the discharge gap width to the discharge gap length is greater than 3: 1. The method also causes a second current pulse to flow between the discharge gaps with a second current that is equal to or less than the first voltage and equal to or greater than the first current.
添付の図面は、上述した概略および後述する詳細な説明と共に本発明の実施形態を示しており、本願に組み込まれるとともに本明細書の一部を構成し、本発明の特徴を説明するのに利用される。 The accompanying drawings illustrate embodiments of the invention, together with the general description given above and the detailed description given below, and are incorporated in and constitute a part of this specification and are used to explain the features of the invention. Is done.
図1および図2は燃焼強化システムの好適な実施形態である。図2に示したように、本燃焼強化システムは、機関200、点火装置300、400、制御ユニット500、および燃料供給器600を備える燃料送りシステム100を具備し、燃料供給器600は圧力を受けた状態で燃料または空気と燃料の混合気を吸入することができる。機関200は2ストローク式または4ストローク式のガソリンまたはディーゼルである。また、機関200は2ストローク式または4ストローク式の直噴式ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンであってもよい。ディーゼルに利用した場合、燃焼を強化するためにシステムは水素濃度が高くされる。システムは、燃焼領域、すなわち本実施形態では機関200のシリンダの燃焼チャンバ210と共に作動する。燃焼領域は、完全に燃焼チャンバ内に配置されるのが好ましいが、例えばラムジェット、廃油焼却装置、ジェットエンジン、または燃焼が必要とされる任意の均等物において燃焼が必要とされる如何なる領域であってもよい。
1 and 2 are preferred embodiments of the combustion enhancement system. As shown in FIG. 2, the combustion enhancement system includes a
燃焼領域またはチャンバ210は、制御装置500に制御される少なくとも一つの点火装置300を有する。制御装置500には、機関200用の少なくとも一度の点火または燃料の送り計画を決定するために、検出値を受信するプログラム可能なコンピュータが設けられるのが好ましい。この送り計画は、或る点火装置によって燃料または燃料と空気の(空気/燃料)混合気を分解すること、および実質的にまたは本質的に同時に別の点火装置400によって上記混合気の少なくとも一部に点火することを含む。好ましくは、制御装置500は、点火装置300へ送られた燃料または空気/燃料混合気を分解して高度水素含有混合気にするように単一の点火装置300を制御し、この高度水素含有混合気は付加的な空気/燃料混合気と混合され、これにより同一の点火装置300によって点火される可燃性混合気が提供される。
The combustion zone or
点火装置300には、燃料供給器600によって少なくとも燃料または空気と燃料の(空気/燃料)混合気が供給される。点火装置は、分解、点火、または分解および点火の両方を行うことができる。ここで、燃料供給器600は、燃料タンク620から燃料を吸引して点火装置300に供給するポンプ610を備える。あるいは、燃料供給器600は、可燃性混合気を分解および/または燃焼するように圧縮空気または圧縮空気/非圧縮空気と燃料との混合気を点火装置300に供給することができる。燃料は、同一の点火装置300を介して、または例えば、燃焼領域を横断するように燃料を噴射すること等、燃焼領域の任意の地点から点火装置300へ燃料を送ることによって、燃焼領域に送られる。燃料は炭化水素タイプの燃料であってもよいし、物理的構造の一部として酸化剤を含有する物質を含む他の可燃性物質であってもよい。好ましくは、燃料は火花点火式内燃機関用のガソリンまたは天然ガスである。
The
点火装置300は燃焼領域の基端側に配置される。点火装置300の作動が燃焼チャンバに流入する燃料または空気/燃料混合気の状態に影響を及ぼすように点火装置300は燃焼チャンバの基端側に位置する。好ましくは、点火装置300は、例えば一体的な連結によって、または例えばネジ状連結部380によって機関200のシリンダヘッドに機械的に連結されることにより、燃焼チャンバの基端側に配置される。図1では、点火装置300は、第二ケーシング352に連結された第一ケーシング350を備えるハウジングを有し、例えば、これら二つのケーシングは、二つのケーシングの間に高温・高圧シール354を配置した状態でボルト361のような機械的な連結具によって連結される。ケーシングは軸線に沿って非対称的に配置されてもよい。ここで、軸線とは、長手軸線A−Aに沿った線または長手軸線A−A上の線である。好ましくは、ケーシングは、軸線A−Aであるかまたは軸線A−Aではない軸線周りに対称的に配置される。
The
第二ケーシング352の一部は電極または第一導電表面302を構成する。第一導電表面302は、シリンダヘッドに形成された対応のネジ山と噛合する螺旋状ネジ380を有し、シリンダヘッドは点火装置300に接続される電気接地を提供する。好ましくは、第一導電表面および第二導電表面は同軸ケーブルに作動上の関係をもって接続され、電気接地または電流戻りを提供する。絶縁体340、好ましくは電気絶縁体が、ハウジング内に配置され、中央電極または第二導電表面304が絶縁体340を通って延びている。中央電極は中央軸線A−Aに沿って中央軸線に平行に配置されるか、または中央軸線の一部上に配置される。なお、中央電極または第二導電表面304は第一導電表面302と同軸に配置され、一つ以上の中央電極は点火装置300の中央軸線A−A周りに配置されてもよい。あるいは、一つ、二つまたはそれ以上の電極が中央軸線A−Aに対して様々にオフセットされた状態で配置されてもよい。加えて、各電極は各電極から延びる複数のロッドを有してもよい。
A portion of the
絶縁体340は周方向に延びる突出部342を備えて示されているが、燃料がポート356から放電ギャップ306へ流れることができるように絶縁体340とハウジングとの間に十分な隙間が残っていれば、点火装置300はこのような突出部無しで形成されてもよい。
図1および図3に示したように、第一導電表面302は、放電ギャップ306を形成するように第二導電表面304から離間されている。放電ギャップ306は燃焼領域に直接通じている。特に、放電ギャップ306および燃焼チャンバは、例えばチェックバルブのような如何なる機械的制限もなく放電ギャップ306内の任意の媒体が放電ギャップ306の出口を介して燃焼チャンバに流れることができるように方向付けされる。しかしながら、放電ギャップ306と燃焼チャンバとの間に中間通路またはチャンバが設けられてもよい。放電ギャップ306は一般区域309周りに放電開始領域を有し、この放電開始領域は導電表面間の破壊抵抗が最も低い領域である。一般区域309周りの放電開始領域は、第一導電表面302と絶縁体340の表面と第二導電表面304との間の任意の領域に形成される。幾つかの例では、絶縁体340の晒された表面は一般区域309周りの放電開始領域の少なくとも一部を構成する。
As shown in FIGS. 1 and 3, the first
ポート356は第一ケーシングおよび第二ケーシングのうちの一方に連結される。ポート356によって、燃料供給器600からの燃料が放電ギャップ306に通じる。ポート356は、ケーシング上に入口部分360を有する。入口部分は、例えば燃料噴射器のような燃料供給器600に連結される。こうして、燃料供給器600は、燃料359を搬送するために流体通路358を介して放電ギャップ306と流体的に接続される。流体通路はほぼ対称的であるように示されているが、流体通路は中央軸線A−Aに対してオフセットしていてもよい。さらに、流体通路358は中央軸線A−Aに沿って中央部分上に配置されてもよい。
絶縁体340の少なくとも一部309は、放電ギャップ306と流体的に通じることができるように多孔性材料物質である。絶縁体340は半導体材料または誘電性材料を有してもよい。絶縁体340は分極性セラミックを有するのが好ましいが、成型アルミナ、加工可能なガラスセラミックス、安定化ジルコニア、耐火セメント、または磁性セラミック等の別の物質を絶縁体340としてまたはその一部として用いてもよい。好ましくは、電極の表面である導電表面は、鋼鉄、クラッド金属、白金メッキされた鉄鋼、白金、銅、インコネル、モリブデンまたはタングステンである。あるいは、導電表面は高温永久磁石物質であってもよい。
At least a
エネルギを有効に使用するためおよび物質の耐久性を高めるためには、導電表面と絶縁体340との間の寸法に関するパラメータの関係が重要である。これら寸法に関するパラメータは「放電ギャップ長さ」および「放電ギャップ幅」である。ここで、「放電ギャップ長さ」は、一般区域309周りの放電開始領域から放電ギャップ306の出口に向かって延びる方向において、最も長さの短い一つまたはそれ以上の導電表面の長さとして定義される。放電ギャップ長さおよび放電ギャップ幅の方向は、一方または両方の導電表面の長手軸線A−Aに対して平行または横方向である軸線に対して定義される。
In order to use energy effectively and increase the durability of the material, the dimensional parameter relationship between the conductive surface and the
例えば、図3に示した好適な実施形態では、長手軸線A−Aに沿って平行に一般区域309周りの放電開始領域から出口に向かって延びる第一導電表面302の第一長さl1が最初に測定される。そして、一般区域309周りの放電開始領域から出口に向かって延びる第二導電表面304の第二長さl2が測定される。二つの長さl1およびl2のうち、短い方の長さが「放電ギャップ長さ」として定義される。
For example, in the preferred embodiment shown in FIG. 3, the first length l1 of the first
他方、「放電ギャップ幅」は第一導電表面302と第二導電表面304との間の距離のうち最も短い距離である。
On the other hand, the “discharge gap width” is the shortest distance among the distances between the first
場合によっては、「放電ギャップ長さ」に対する「放電ギャップ幅」の比率は、約3対約1(〜3:〜1)よりも大きく、放電ギャップ長さに対する放電ギャップ幅の比率の最大値は約3である。 In some cases, the ratio of “discharge gap width” to “discharge gap length” is greater than about 3 to about 1 (˜3: ˜1), and the maximum value of the ratio of discharge gap width to discharge gap length is About three.
図4は、プラグを介して提供された噴射燃料または燃料/空気混合気を点火する点火装置300の作動原理を示す概略図である。燃料640は、上述したように通路358を介して放電ギャップ306に提供される。比較的エネルギの低い少なくとも一つの電気パルスが二つの導電表面のうち一方に送られる。好ましくは、電気パルスは繰返し数の多い一連のパルスであり、その繰返し数は機関200が作動する燃焼サイクルのサイクル数よりも少なくとも一桁多い。そして、気体状混合気の高電圧破壊工程の間に放電ギャップ306内にプラズマが生成される。最初に気体破壊が起こる領域の位置は一般区域309周りの放電開始領域として参照される。多くの場合、エネルギの低い短時間の電気パルスを加えることによって、イオン化された混合気またはプラズマが絶縁体340の表面の近傍に生成される。プラズマ内を流れる電流により、点火電極構成に電流が生成される。この電流は、放電空間を流れる電流にローレンツ力を発生させる磁場を生成する。この力はプラズマを移動させるのに十分である。好ましくは、プラズマ312は、ローレンツ力の作用により、一般区域309周りの放電開始領域から放電ギャップ306の出口に向かって移動する。プラズマ312が電極の端部に(すなわち、燃焼領域に向けて)移動するにつれて、プラズマが気体状混合気を分離させて、水素分子(H2)および一酸化炭素分子(CO)を生成する。これら両分子は上記化学式(1)によって燃料分子からプラズマにおいて発生せしめられる。この水素濃度を高める工程を効果的にするために、プラズマ312による電流パルスは、プラズマ312を第一導電表面および第二導電表面304の放電ギャップ306の出口から離れて維持するように、十分に短くされ且つ数多く繰返される。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the operating principle of an
図1では、高圧燃料噴射装置(図示せず)が点火装置300内の燃料噴射ラインに連結される。絶縁体340は、燃料359を流すために絶縁体340と外側電極との間に十分な隙間ができるように構成される。第一導電表面302の一部を形成する第二ケーシング352は絶縁体340に気密にシールされる。第二ケーシング352は第一ケーシングに取付けられ、少なくとも一つの高温・高圧シールでシールされる。燃料359は、第一導電表面302と絶縁体340との間を移動し、絶縁体340の端部において中央電極と外側電極との間の自由空間内へ流入する。
In FIG. 1, a high-pressure fuel injection device (not shown) is connected to a fuel injection line in the
図3に戻ると、燃料359が(絶縁体の端部において)電極間の自由空間311に到達すると、制御装置のパルス発生装置510から中央電極へ流れる高電圧パルスによって電極間の放電が開始される。特定の状態において、この放電は最初に絶縁体340の表面に沿って行われる。そして、ローレンツ力およびサーマルフォース(thermal force)がプラズマ312を一般区域309の放電開始領域から離れて伝搬させる。電極間の放電伝搬の間に、一般区域309周りの放電開始領域において流れる電流は、燃料または燃料/空気混合気をイオン化させ、多量のプラズマ312aを生成する。放電ギャップ306内における水素の生成を多くするために、プラズマ312に送られるエネルギは、燃焼を起こすのに用いられる点火装置300において典型的である高い程度でイオン化を起こさせるのではなく、分解を促すように制御される。
Returning to FIG. 3, when the
このことは、電気パルスのエネルギを減らすことによって達成される。温度、体積、速度等のプラズマのパラメータは、少なくとも一つの電気パルスの電圧、電流、周波数のうちの少なくとも一つを修正することによって制御される。このことにより、システムが水素発生装置として作動したときに、噴射された燃料の量と発生せしめられる水素の量との関数として高い自由度でシステムを最適化することができるようになる。システムの最適化の更なるパラメータとして、電極間の放電ギャップ幅「w」と放電ギャップ長さ「l」(なお、「l」は「l1」および「l2」の短い方)との関係が挙げられる。これらパラメータにより、電気エネルギまたは電気パルス幅のうち少なくとも一つを制御することによってプラズマの速度を制御することができるようになる。 This is achieved by reducing the energy of the electrical pulse. Plasma parameters such as temperature, volume and velocity are controlled by modifying at least one of the voltage, current and frequency of at least one electrical pulse. This allows the system to be optimized with a high degree of freedom as a function of the amount of fuel injected and the amount of hydrogen generated when the system operates as a hydrogen generator. Further parameters for system optimization include the relationship between the discharge gap width “w” between the electrodes and the discharge gap length “l” (where “l” is the shorter of “l1” and “l2”). It is done. These parameters allow the plasma velocity to be controlled by controlling at least one of electrical energy or electrical pulse width.
上述した点火装置300は、燃料送りシステムの一部として二つの別個のモードで作動せしめられる。
MODEI
MODEIでは、点火装置300は燃料噴射装置および水素発生装置として機能する。燃料または空気/燃料混合気を燃焼させるために、システムは、点火機能を果たすための点火装置400のような第二の点火装置を必要とする。
MODEII
MODEIIでは、このシステムは、水素発生装置、および燃料チャンバ内の燃料または空気/燃料混合気の点火装置として機能する。水素発生装置として作動するときには、システムはエネルギが低く且つ繰返し数が多い電気パルスで作動する。これらパルスの数は必要とされる噴射燃料の量およびパルスの時刻tfでパルスが立ち上がって電気パルスが時刻tiで点火するまでの時間に依存する。ti>tfである場合、点火時間tfにおいて、付加的なパルス発生装置によってエネルギの高い電気パルスが提供される。システムは、エネルギが小さく周波数の高い電気パルスの数、パルス当たりに送られる電気エネルギ、燃料噴射装置(図示せず)によって送られる燃料の量に関して最適化されることができる。
The
MODEI
In MODEI, the
MODEII
In MODE II, the system functions as a hydrogen generator and an igniter of the fuel or air / fuel mixture in the fuel chamber. When operating as a hydrogen generator, the system operates with electrical pulses of low energy and high repetition rate. The number of these pulses depends on the amount of injected fuel required and the time from when the pulse rises at time t f of the pulse until the electrical pulse ignites at time t i . If t i > t f , a high energy electrical pulse is provided by the additional pulse generator at the ignition time t f . The system can be optimized for the number of low energy, high frequency electrical pulses, electrical energy delivered per pulse, and the amount of fuel delivered by a fuel injector (not shown).
或るケースでは、MODEIIで作動する点火装置300は、点火装置300に送られる電気エネルギが大きい状態(〜300mJ)で十分な量の燃料または燃料/空気混合気がスパークプラグを通って流れているときには、単一のパルスで作動する。このような大きな電気パルスは可燃性混合気に点火するプラズマ312を形成するために必要とされる。上述した分解により、水素濃度の高い条件が形成されるのが好ましく、このことにより燃焼用の高度水素含有燃料および空気と燃料の混合気が発生する。水素濃度の高くなったプラズマ312は燃焼され且つ燃焼チャンバへ向かって加速せしめられる。このような状態のプラズマ312は電極間の放電ギャップ306の長さに対する電気パルスエネルギの比率の限界を決定する。このような状態は、放電電流が放電ギャップ306の一般区域309周りの放電開始領域から電極の長さの1/3を超えて延びないことによって表される。例えば、電極の長さが約3mmでギャップ幅が1.2mmであり、放電ギャップ306を通って移動するプラズマの平均速度が毎秒3×104cmであると、パルスは3マイクロ秒を超えることはない。
In some cases, an
図4は、点火装置300をMODEIまたはMODEIIで作動させるためにデュアルエネルギ装置を有する制御装置500の簡単な概略図を示す。デュアルエネルギ装置は、簡単な概略形式で示したように、好ましくは、点火制御装置と、多重チャンネル式タイマTr1と、高速スイッチEswと、二つのダイオードと、四つのコンデンサと、一つの抵抗と、一つの誘電子とが必要とされる。これら構成要素は、単一の構成要素に一体化されてもよいし、別個の副構成要素に分割されてもよいし、またはシステムに関して説明した機能を達成する回路毎に分割されてもよい。MODEIでは、コンデンサC3およびC4および誘電子L1が第二点火装置400用の別個の点火システムの部分であり、これらは米国特許第5704321号および第6131542号に記載された移動型火花点火装置(TSI)であり、これら特許は参照することでその全体が本願の一部を構成する。
FIG. 4 shows a simplified schematic diagram of a
MODEIIでは、電子タイマTr1が停止信号の後に調整可能な遅れ時間で電子スイッチ(Esw)を閉じるための信号を提供し、この電子スイッチはダイオードD1を介して電圧Vsで充電されたコンデンサC3およびC4を中央電極に接続する。これらコンデンサは、燃焼チャンバ内の燃焼混合気に点火するために、電圧が低く且つ電流が大きく且つコンデンサC1およびC2によって提供されるエネルギよりも10〜20倍大きなエネルギの電気パルスを提供する。この回路を用いることによって、エネルギが小さく繰返し数の高いパルスが点火装置に提供される。このエネルギが小さく繰返し数の高いパルスは、好ましくは、第一電流および第二電流であるのが好ましく、第一電流に関する電圧は第二電流に関する電圧よりも大きく、第一電流は第二電流よりも小さい。ここで、第一電流および第二電流は、燃料または空気/燃料混合気の一方が燃焼することなく分解するように調整可能である。 In MODE II, the electronic timer Tr 1 provides a signal for closing the electronic switch (Esw) with an adjustable delay time after the stop signal, which is a capacitor charged with a voltage V s via a diode D 1. connecting the C 3 and C 4 in the center electrode. These capacitors provide an electrical pulse with a low voltage, high current and 10-20 times greater energy than that provided by capacitors C 1 and C 2 to ignite the combustion mixture in the combustion chamber. . By using this circuit, pulses with low energy and high repetition rate are provided to the ignition device. This low energy and high repetition rate pulse is preferably the first current and the second current, the voltage for the first current is greater than the voltage for the second current, and the first current is greater than the second current. Is also small. Here, the first current and the second current can be adjusted so that one of the fuel or the air / fuel mixture decomposes without burning.
コンデンサC1およびC2の役割は、点火コイルによって供給されるエネルギを高めることにある。抵抗Rは、プラズマ312によって覆われる距離が電極の長さの約1/3に等しいときコンデンサC1およびC2から放電する時定数を放電ギャップ306間のプラズマ312の移動期間に合わせる。誘導子Lは、コンデンサC3およびC4の放電時定数を、電極の長さに等しい距離に亘る(絶縁体340の表面から電極お端部まで)点火装置300におけるプラズマ312の移動期間に合わせるように使用される。
The role of capacitors C 1 and C 2 is to increase the energy supplied by the ignition coil. Resistor R matches the time constant of discharge from capacitors C 1 and C 2 with the travel time of
電子タイマTr1は、燃料または燃料/空気混合気が電気破壊の起きる絶縁体340の表面341に、または概して309に示した放電開始領域に到達する時間を提供するために、エネルギの低い放電の時刻またはその前に燃料噴射装置から燃料または燃料/空気混合気を噴射する機関制御装置(図示せず)を始動する。燃料噴射期間はタイマTr1によって制御され、且つこの期間は点火のための電気パルスが送られる前のエネルギの低い全てのパルスの全期間と等しいか、またはそれよりも短い。
The electronic timer Tr 1 is used to provide a time for the low energy discharge to provide time for the fuel or fuel / air mixture to reach the
このシステムで用いられる好ましい電気回路の概略を図4に示す。制御装置500の一部である、インダクタンスが低く静電容量が大きい放電点火装置がダイオードD2を介して中央電極18に接続される。外側の電極は接地される。典型的には約500Vの電圧を提供する電力供給源は、大容量のコンデンサC4(好ましくはC=2〜3μF)および小容量のコンデンサC3(好ましくはC=0.2〜0.3μF)を充電する。両コンデンサは電子スイッチおよびダイオードD1を介して中央電極に接続される。ダイオードD2は電力供給源の電流が点火装置に到達するのを防止し、ダイオードD1は点火制御装置の点火コイルからの高い電圧が全てのコンデンサC1、C2、C3、C4および電力供給源に到達するのを防止する。
A schematic of a preferred electrical circuit used in this system is shown in FIG. A discharge ignition device, which is a part of the
あるいは、ダイオードD1は誘導子(L1)に変更されてもよいし、高電圧ダイオードD2はピークコンデンサ(peaking capacitor)を備えた空気ギャップに変更されてもよい。空気ギャップは、絶縁体340(例えばセラミック)の表面に沿ってスパークプラグの電極間で破壊を起こすために、ピークコンデンサを十分に高い電圧で充電することができるように調整される。 Alternatively, the diode D1 may be changed to an inductor (L1), and the high voltage diode D2 may be changed to an air gap with a peaking capacitor. The air gap is adjusted so that the peak capacitor can be charged with a sufficiently high voltage to cause breakdown between the electrodes of the spark plug along the surface of the insulator 340 (eg, ceramic).
制御装置の回路510は、従来の点火回路よりも高い繰返し数でエネルギの低いパルスを供給する。好ましくは、回路510の繰返し数はTSI(米国特許第5704321号、同第6131542号、および2000年6月16日に提出された「層状燃料混合気の点火システム(IGNITION SYSTEM FOR STRATIFIED FUEL MIXTURES)」という題名の国際特許出願PCT/US00/16747号に記載、これら特許、特許出願は参照することで本願の一部を構成する)の点火回路よりも少なくとも10倍高い。
The
図4に戻ると、電子スイッチ(Sw)はコンデンサC3およびC4を中央電極へ導く電気ラインから切断し、或る時刻tiにおいて点火装置300においてより強力な放電を発生させるため且つ燃焼混合気を点火するために(すなわちMODEIの作動において)コンデンサC3およびC4をこの電気ラインに接続することができる。MODEIの作動では、スイッチは通常開かれている。例えばプラズマスイッチまたはクライトロンスイッチのようなこのスイッチは、好ましくは500〜1000Aまでの電流に耐えることができ、約109のライフサイクルまで耐えられることができる。
Returning to FIG. 4, the electronic switch (Sw) disconnects the capacitors C3 and C4 from the electrical line leading to the central electrode, and at some time t i to generate a stronger discharge in the
電気パルスは燃料供給器600から燃料噴射装置への流れの開始、および燃料噴射装置(図示せず)の弁の開放するのに必要とされ、燃料噴射装置は図4に概略的に示したように点火装置300に取付けられている。これら電気パルスは、点火装置300の点火を開始する制御装置500の始動パルスと同期せしめられる。この同期は、制御装置500を始動させる電気パルスが燃料噴射装置への電気パルスを始動させることによって行われる。制御装置始動パルスは、制御装置の高電圧コイルから到達した高電圧パルスの破壊が起こる前に燃料噴射装置からの燃料または燃料/空気混合気が点火装置300の絶縁体表面周りの領域に到達するように、燃料噴射装置始動パルスに対してτだけ遅らされる。遅れ時間τは、システムが最高の性能を発揮するように特定の燃料噴射装置および点火システム毎に設定される。この設定ポイントは、特定の機関または車両の作動状態を測定しながら動力計のマップまたは別の検出結果を用いて内燃機関の性能を監視することにより確定される。
An electrical pulse is required to initiate the flow from the
特定の実施形態を参照して本発明を開示したが、特許請求の範囲に定義された本発明の領分および範囲を逸脱することなく上述した実施形態に対して数多くの修正、改変、変更を行うことができる。よって、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲およびその均等物の言葉によって定義された全ての範囲を含むものである。 Although the invention has been disclosed with reference to specific embodiments, many modifications, changes and variations may be made to the above-described embodiments without departing from the scope and scope of the invention as defined in the claims. be able to. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes the entire scope defined by the claims and the equivalents thereof.
100 燃料送りシステム
200 機関
300,400 点火装置
500 制御ユニット
600 燃料供給器
DESCRIPTION OF
Claims (78)
前記放電ギャップに燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一方を提供する燃料供給器と、
第一導電表面と第二導電表面との間に少なくとも一つの電気パルスを提供し、これにより前記放電ギャップを通過する上記燃料または空気/燃料混合気の少なくともいずれか一方の少なくとも一部が分解される制御装置とを具備するシステム。 An igniter proximate to the combustion region, having a first conductive surface spaced from the second conductive surface, wherein the surface forms a discharge gap directly leading to the combustion region;
A fuel supply for providing at least one of fuel or air / fuel mixture to the discharge gap;
Providing at least one electrical pulse between the first conductive surface and the second conductive surface, whereby at least a portion of at least one of the fuel or air / fuel mixture passing through the discharge gap is decomposed. And a control device.
前記ケーシング内に配置され且つ前記放電ギャップと通じているポートと、
少なくとも部分的にケーシング内に配置され且つ前記ポートと前記ケーシングの出口部分との間に連通路を形成するように前記ケーシングの表面と対面する少なくとも一つの表面を有する絶縁体とを具備する請求項1に記載のシステム。 The ignition device includes a casing having a surface disposed along a longitudinal axis, an inlet portion and an outlet portion offset from the longitudinal axis;
A port disposed within the casing and in communication with the discharge gap;
An insulator having at least one surface disposed at least partially within the casing and facing a surface of the casing so as to form a communication path between the port and an outlet portion of the casing. The system according to 1.
燃料供給器から点火装置への燃料または空気/燃料混合気の流れを開始する電気パルスと、
燃焼領域への燃料噴射を開始する電気パルスと、
燃焼領域内の可燃性混合気に点火するための点火装置の点火を開始する電気パルスとを具備する請求項1に記載のシステム。 At least one electrical pulse of the controller is
An electrical pulse that initiates the flow of fuel or air / fuel mixture from the fuel supply to the ignition device;
An electrical pulse that initiates fuel injection into the combustion region;
The system of claim 1, comprising: an electrical pulse that initiates ignition of an igniter for igniting a combustible mixture in a combustion region.
前記放電ギャップに燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一方を提供する燃料供給器と、
第一導電表面と第二導電表面との間に少なくとも一つの電気パルスを提供する制御装置とを具備するシステム。 An igniter proximate to a combustion zone, having a first conductive surface spaced from a second conductive surface, which forms a discharge gap that leads directly to the combustion zone, and at least partially exposed to the discharge gap. An igniter having an insulator with a surface to be
A fuel supply for providing at least one of fuel or air / fuel mixture to the discharge gap;
A system comprising a controller for providing at least one electrical pulse between the first conductive surface and the second conductive surface.
前記ケーシング内に配置され且つ前記放電ギャップと通じているポートと、
前記ポートと前記ケーシングの出口部分との間に連通路を形成するように前記ケーシングの表面に晒された少なくとも一つの表面を有する絶縁体とを具備する請求項25に記載のシステム。 The ignition device includes a casing having a surface disposed along a longitudinal axis, an inlet portion and an outlet portion offset along the longitudinal axis;
A port disposed within the casing and in communication with the discharge gap;
26. The system of claim 25, comprising an insulator having at least one surface exposed to a surface of the casing so as to form a communication path between the port and an outlet portion of the casing.
燃料供給器から点火装置への燃料または空気/燃料混合気の流れを開始する電気パルスと、
前記放電ギャップを通過する燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一方の少なくとも一部を分解する電気パルスと、
燃焼領域への燃料噴射を開始する電気パルスと、
燃焼領域内の可燃性混合気に点火するための点火装置の点火を開始する電気パルスとを提供する請求項25に記載のシステム。 The controller is
An electrical pulse that initiates the flow of fuel or air / fuel mixture from the fuel supply to the igniter;
An electrical pulse that decomposes at least a portion of at least one of a fuel or an air / fuel mixture that passes through the discharge gap;
An electrical pulse that initiates fuel injection into the combustion region;
26. The system of claim 25, further comprising: an electrical pulse that initiates ignition of an igniter for igniting a combustible mixture in a combustion region.
前記点火装置に作動上の関係をもって連結されて燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一方を放電ギャップに提供する燃料供給器と、
第一導電表面と第二導電表面との間に少なくとも一つの電気パルスを提供する制御装置とを具備するシステム。 An ignition device proximate to a combustion region, comprising: a housing; a first conductive surface having a first length; and a second conductive surface spaced from the first conductive surface to form a discharge gap. The second conductive surface has a second length, the shorter of the first length and the second length being the discharge gap length, and the shortest distance between the first conductive surface and the second conductive surface Is the discharge gap width, and the ratio of the discharge gap width to the discharge gap length is greater than 1: 3,
A fuel supplier coupled to the igniter in operative relation to provide at least one of fuel or air / fuel mixture to the discharge gap;
A system comprising a controller for providing at least one electrical pulse between the first conductive surface and the second conductive surface.
前記ケーシング内に配置され且つ前記放電ギャップと通じているポートと、
前記ポートと前記ケーシングの出口部分との間に連通路を形成するように前記ケーシングの表面に晒された少なくとも一つの表面を有する絶縁体とを具備する請求項37に記載のシステム。 The ignition device includes a casing having a surface and an inlet portion and an outlet portion that are offset from an axis;
A port disposed within the casing and in communication with the discharge gap;
38. The system of claim 37, comprising an insulator having at least one surface exposed to a surface of the casing so as to form a communication path between the port and an outlet portion of the casing.
前記放電ギャップに燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一方を提供する燃料供給器と、
第一導電表面と第二導電表面との間に少なくとも一つの電気パルスを提供する制御装置とを具備するシステム。 An ignition device in communication with a combustion region, comprising a housing having a first portion and a second portion along a central longitudinal axis, and a first conductive surface extending along the central longitudinal axis and proximate to the second portion of the housing. An ignition device having an electrode having a second conductive surface proximate to the second portion of the housing and spaced from the first conductive surface to form a discharge gap;
A fuel supply for providing at least one of fuel or air / fuel mixture to the discharge gap;
A system comprising a controller for providing at least one electrical pulse between the first conductive surface and the second conductive surface.
燃料供給器から点火装置への燃料または空気/燃料混合気の流れを開始する電気パルスと、
燃焼領域への燃料噴射を開始する電気パルスと、
燃焼領域内の可燃性混合気に点火するための点火装置の点火を開始する電気パルスとを提供する請求項47に記載のシステム。 The controller is
An electrical pulse that initiates the flow of fuel or air / fuel mixture from the fuel supply to the ignition device;
An electrical pulse that initiates fuel injection into the combustion region;
48. The system of claim 47, further comprising: an electrical pulse that initiates ignition of an igniter for igniting a combustible mixture in a combustion region.
前記ハウジングの第二部分に近接した第一導電表面と、
前記ハウジングの第二部分に近接し且つ第一導電表面から離間されて放電ギャップを形成する第二導電表面であって、前記放電ギャップは放電開始領域を有する第二導電表面と、
前記第一部分と第二部分との間で延び且つ前記放電ギャップに通じる流体通路と、
放電ギャップに晒された表面を有する絶縁体とを具備する点火装置。 A housing comprising a first portion and a second portion;
A first conductive surface proximate a second portion of the housing;
A second conductive surface proximate to the second portion of the housing and spaced from the first conductive surface to form a discharge gap, the discharge gap having a second conductive surface having a discharge initiation region;
A fluid passage extending between the first portion and the second portion and leading to the discharge gap;
An ignition device comprising an insulator having a surface exposed to a discharge gap.
前記ケーシング内に配置され且つ前記放電ギャップと通じているポートと、
前記ポートと前記ケーシングの出口部分との間に連通路を形成するように前記ケーシングの表面に晒された表面を有する絶縁体とをさらに具備する請求項52に記載の点火装置。 A casing having a surface and an inlet portion and an outlet portion that are offset along an axis;
A port disposed within the casing and in communication with the discharge gap;
53. The ignition device according to claim 52, further comprising an insulator having a surface exposed to a surface of the casing so as to form a communication path between the port and an outlet portion of the casing.
前記ハウジングの第二部分に近接し且つ第一長さを有する第一導電表面と、
第一導電表面から離間されて放電ギャップを形成し且つ第二長さを有する第二導電表面であって、第一長さと第二長さとのうち短い方が放電ギャップ長さとされ、前記第一導電表面と第二導電表面との間の最も短い距離が放電ギャップ幅とされ、放電ギャップ長さに対する放電ギャップ幅の比率は約1対約3よりも大きい第二導電表面と、
第一部分と第二部分との間で延び且つ放電ギャップに通じる流体通路とを具備する点火装置。 A housing comprising a first portion and a second portion;
A first conductive surface proximate to the second portion of the housing and having a first length;
A second conductive surface spaced apart from the first conductive surface to form a discharge gap and having a second length, the shorter of the first length and the second length being the discharge gap length; The shortest distance between the conductive surface and the second conductive surface is the discharge gap width, the ratio of the discharge gap width to the discharge gap length being about 1 to about 3;
An ignition device comprising a fluid passage extending between a first portion and a second portion and leading to a discharge gap.
前記ケーシング内に配置され且つ前記放電ギャップと通じているポートと、
前記放電ギャップ内に少なくとも部分的に配置され且つ前記ポートと前記ケーシングの出口部分との間に連通路を形成するように前記ケーシングの表面に晒された表面を有する絶縁体とをさらに具備する請求項61に記載の点火装置。 A casing having a surface and an inlet portion and an outlet portion that are offset along an axis;
A port disposed within the casing and in communication with the discharge gap;
And an insulator having a surface disposed at least partially within the discharge gap and exposed to a surface of the casing so as to form a communication path between the port and an outlet portion of the casing. Item 62. The ignition device according to Item 61.
前記中央長手軸線に沿って延び且つ前記ハウジングの第二部分に近接した第一表面を有する電極と、
前記ハウジングの第二部分に近接し且つ第一導電表面から離間されて放電ギャップを形成する第二導電表面と、
前記第一部分と第二部分との間で延びる流体通路であって、長手軸線から離間され且つ前記放電ギャップに通じる流体通路とを具備する点火装置。 A housing having a first portion and a second portion disposed along a central longitudinal axis;
An electrode having a first surface extending along the central longitudinal axis and proximate to a second portion of the housing;
A second conductive surface proximate to the second portion of the housing and spaced from the first conductive surface to form a discharge gap;
An ignition device comprising a fluid passage extending between the first portion and the second portion, the fluid passage being spaced from a longitudinal axis and leading to the discharge gap.
前記放電ギャップが燃焼領域と直接通じるように点火装置を配置する工程と、
放電ギャップによって燃料または空気/燃料混合気を分解する工程とを具備する方法。 A method of decomposing fuel for a combustion system, the combustion system comprising: a combustion region; a fuel supplier coupled to the combustion region in an operational relationship; a first conductive surface; and a first conductive surface spaced from the first conductive surface. And an ignition device comprising a second conductive surface formed to form a discharge gap,
Disposing the ignition device such that the discharge gap communicates directly with the combustion region;
Decomposing the fuel or air / fuel mixture by the discharge gap.
前記燃焼領域に燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一方を噴射する工程と、
前記燃料または空気/燃料混合気の少なくとも一方に点火するための点火装置を点火する工程とをさらに具備する請求項73に記載の方法。 Starting to flow fuel from the fuel supply to the ignition device with at least one electrical pulse;
Injecting at least one of fuel or air / fuel mixture into the combustion zone;
74. The method of claim 73, further comprising igniting an igniter for igniting at least one of the fuel or air / fuel mixture.
第一導電表面と第二導電表面との間に第一の電流で第一の電圧の電気パルスを流す工程と、前記第一導電表面は第一の長さを有し、第二導電表面は第二の長さを有し、これら第一の長さと第二の長さとのうち短い方が放電ギャップ長さとされ、前記第一導電表面と第二導電表面との間の最も短い距離が放電ギャップ幅とされ、放電ギャップ長さに対する放電ギャップ幅の比率は1対3よりも大きく、
第一の電流と同じかそれよりも小さい電流で第一の電圧と同じかそれよりも小さい電圧の電気パルスを放電ギャップ間に流す工程とを具備する方法。 A method for igniting a combustible mixture in a combustion system, the combustion system comprising: a combustion region; a fuel supplier coupled to the combustion region in an operational relationship; a first conductive surface; and the first conductive surface. And a second conductive surface spaced from the
Passing an electrical pulse of a first voltage with a first current between a first conductive surface and a second conductive surface, the first conductive surface has a first length, and the second conductive surface is The shorter one of the first length and the second length is the discharge gap length, and the shortest distance between the first conductive surface and the second conductive surface is the discharge length. The ratio of the discharge gap width to the discharge gap length is greater than 1 to 3,
Passing an electric pulse of a voltage equal to or less than the first voltage at a current equal to or less than the first current between the discharge gaps.
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